ロボット加工機および加工システム
【課題】一のロボット加工機で穴加工と搬送の両方を行えるようにする。
【解決手段】複数の関節からなるロボットアーム１２を備え、穴加工を行うロボット加工機１０であって、ワークの搬送を行うハンドユニット１６と、主軸１８ａによって穴加工を行う加工ユニット１８と、ハンドユニット１６と加工ユニット１８とを交換して保持するユニット交換機構１４と、ユニット交換機構１４によってハンドユニット１６から加工ユニット１８に交換し、穴加工を行うように制御する制御装置Ｃとを有する。ロボットアーム１２は可搬重量が制限されているが、ユニット交換機構１４によってユニットを交換できるので、非同時であるものの穴加工と搬送の両方を行える。
【解決手段】複数の関節からなるロボットアーム１２を備え、穴加工を行うロボット加工機１０であって、ワークの搬送を行うハンドユニット１６と、主軸１８ａによって穴加工を行う加工ユニット１８と、ハンドユニット１６と加工ユニット１８とを交換して保持するユニット交換機構１４と、ユニット交換機構１４によってハンドユニット１６から加工ユニット１８に交換し、穴加工を行うように制御する制御装置Ｃとを有する。ロボットアーム１２は可搬重量が制限されているが、ユニット交換機構１４によってユニットを交換できるので、非同時であるものの穴加工と搬送の両方を行える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の関節からなるロボットアームを備えて穴加工を行うロボット加工機と、当該ロボット加工機を少なくとも備えて加工を行う加工システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
穴加工を行う従来のロボット加工機としては、例えばカメラを備え、当該カメラで撮像した画像情報によって加工部位の計測結果が許容範囲内か否かに従って穴加工を行う技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。
【特許文献１】実開平７−１７４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１のロボット加工機は穴加工を行えるものの、ワークを搬送することはできない。穴加工と搬送の両方を行うようにするには、搬送用のロボット装置を別個に備えるか、穴加工用のユニットと搬送用のユニットをロボットアームに備える必要がある。前者は、コストが嵩むだけでなく、加工中は搬送用のロボット装置を動作させることができないので待機せざるを得ず、工程に無駄な時間が生じる。後者は、ロボットアームの可搬重量に制限があり、関節数が増すにつれて可搬重量が少なくなるため、穴加工用のユニットと搬送用のユニットの双方をロボットアームに備えるのは現実的に困難である。
【０００４】
また特許文献１のロボット加工機で行える穴加工は、加工時に生じる反力によってロボットアームが振れやすい。加工中にロボットアームが振れると穴の径や深さにムラが生じるので、精度が要求されない穴加工しか行えないという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、一のロボット加工機で穴加工と搬送の両方を行えるようにすることを第１の目的とする。さらにはロボット加工機を用いて高精度の穴加工が行える加工システムを提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）課題を解決するための手段（以下では単に「解決手段」と呼ぶ。）１は、複数の関節からなるロボットアームを備え、穴加工を行うロボット加工機であって、ワークの搬送を行うハンドユニットと、主軸によって穴加工を行う加工ユニットと、前記ハンドユニットと前記加工ユニットとを交換していずれか一方のユニットを保持するユニット交換機構と、前記ユニット交換機構によって前記ハンドユニットから前記加工ユニットに交換し、穴加工を行うように制御する制御装置とを有することを要旨とする。
【０００７】
ユニット交換機構は、ロボットアームの先端およびユニットのうち一方または双方に備える。解決手段１によれば、搬送用のハンドユニットと加工用の加工ユニットはユニット交換機構によって交換して用いるので、ロボットアームには一方のユニットしか装着しない。可搬重量が制限されているロボットアームを有する一のロボット加工機において、非同時であるものの穴加工と搬送の両方を行うことができ、他のロボット装置を必要としない点でコストを安く抑えることができる。
【０００８】
（２）解決手段２は、解決手段１に記載したロボット加工機であって、加工ユニットは、主軸割り出し位置を記憶する記憶部を有し、制御装置は、前記記憶部に記憶された主軸割り出し位置に従って穴加工を行うように制御することを要旨とする。
【０００９】
解決手段２によれば、加工ユニットには主軸割り出し位置を記憶部に記憶するので、ハンドユニットに交換した後にさらに穴加工を行う場合でも主軸の位置検出を行わずにすぐに穴加工が行える。したがって、主軸の位置検出を行わずに済む分、工程に無駄な時間が生じない。
【００１０】
（３）解決手段３は、解決手段２に記載したロボット加工機であって、加工ユニットは、前記記憶部の記憶内容を保持する電源部を有することを要旨とする。
【００１１】
解決手段３によれば、ハンドユニットと加工ユニットの交換時に、電源部と記憶部との間の接続を気にする必要がなく有利である。
【００１２】
（４）解決手段４は、解決手段１から３のいずれか一項に記載したロボット加工機と、他の加工機とを備え、双方の加工機を作動させて穴加工を行う加工システムであって、前記ロボット加工機がハンドユニットによって搬送を終えた後、前記他の加工機が搬送を行っている間に、前記ロボット加工機はユニット交換機構によって前記ハンドユニットから加工ユニットに交換し、前記他の加工機が搬送を終えた後、前記ロボット加工機は記憶部に記憶された主軸割り出し位置に従ってワークに穴加工を行うように制御することを要旨とする。
【００１３】
解決手段４によれば、解決手段１と同様にして搬送用のハンドユニットと加工用の加工ユニットをユニット交換機構によって交換するので、結果的に一のロボット加工機で穴加工と搬送の両方を行うことができる。また、他の加工機が搬送を行っている間にユニット交換機構で加工ユニットに交換し、搬送を終えた後にロボット加工機がワークに穴加工を行うので、工程に無駄な時間が生じない。
【００１４】
（５）解決手段５は、解決手段４に記載した加工システムであって、他の加工機によって搬送され、ワークの加工位置ごとに対応して設けられるとともに主軸の軸方向に沿って所定長を有するガイド部を備え、前記ワークを一時的に固定する固定ボックスを有し、ロボット加工機は加工ユニットの主軸を前記ガイド部に位置決めした後、前記ワークに穴加工を行うように制御することを要旨とする。
【００１５】
解決手段５によれば、加工ユニットの主軸をガイド部に位置決めすると、何らかの要因でロボットアームが振れた場合でも主軸の動きが規制される。よって、ロボット加工機を用いて穴加工を行う場合でも高精度の穴を加工することができる。
【００１６】
（６）解決手段６は、解決手段４または５に記載した加工システムであって、他の加工機によって搬送され、ワークの加工位置ごとに対応して設けられるとともに先端側が径方向に広がるように形成されたテーパー状の係合部を備え、前記ワークを一時的に固定する固定ボックスを有し、加工ユニットは先端側が狭まるように形成されたテーパー状のクランプ部を有し、ロボット加工機は、前記係合部と前記クランプ部とを係合保持した後、ワークに穴加工を行うように制御することを要旨とする。
【００１７】
解決手段６によれば、係合部とクランプ部とを係合保持すると、何らかの要因でロボットアームが振れた場合でも主軸の動きが規制される。よって、ロボットアームの先端部に加工ユニットを備えて穴加工を行う場合でも、高精度の穴を加工することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、一のロボット加工機で穴加工と搬送の両方を行うことができる。また、ロボット加工機を用いて高精度の穴加工が行える加工システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
〔ロボット加工機の構成例〕
まず、ロボット加工機の構成例について図１〜図３を参照しながら説明する。図１に表すロボット加工機１０は、多関節からなるロボットアーム１２や制御装置Ｃなどを有する。ロボットアーム１２の先端部と、ハンドユニット１６および加工ユニット１８のそれぞれには、ハンドユニット１６と加工ユニット１８とを交換していずれか一方のユニットを保持するユニット交換機構１４を有する。ロボットアーム１２の先端部には、着脱凸部１２ｂを備えたアーム側着脱部１２ａを有する（図２，図３を参照）。このアーム側着脱部１２ａは、後述するユニット側着脱部１６ｂ，１８ｅ（図２，図３を参照）とともにユニット交換機構１４を構成する。制御装置Ｃの機能については後述する。
【００２１】
図２にはハンドユニット１６の構成例を表す。ハンドユニット１６は、チャック１６ａやユニット側着脱部１６ｂ等を有する。チャック１６ａは、ワーク等を把持や保持等して搬送する機能を果たす。ユニット側着脱部１６ｂには着脱凹部１６ｃを有し、アーム側着脱部１２ａの着脱凸部１２ｂと嵌まり合う。例えば着脱凸部１２ｂが径方向に拡大することで一時的に固定し、逆に径方向に縮小することで固定を解除する。
【００２２】
図３には加工ユニット１８の構成例を表す。加工ユニット１８は、主軸１８ａ，ユニット側係合部１８ｂ，記憶部１８ｃ，電源部１８ｄ，ユニット側着脱部１８ｅなどを有する。主軸１８ａはワーク等を加工する工具に相当し、例えばドリル，リーマ，タップ等が該当する。ユニット側係合部１８ｂは後述する固定ボックス３２のブッシュ部４０と係合し、少なくとも加工時においてロボットアーム１２を固定ボックス３２に固定する機能を果たす（図７，図１０等を参照）。なお、ユニット側係合部１８ｂの構成例については後述する。記憶部１８ｃは例えばＳＲＡＭ等が該当し、主軸１８ａの割り出し位置などを記憶する。この記憶は、バッテリ等の電源部１８ｄによって保持される。ユニット側着脱部１８ｅは上述したユニット側着脱部１６ｂと同等の機能を果たし、着脱凹部１８ｆは着脱凹部１６ｃに相当する。
【００２３】
図１の制御装置Ｃは、ユニット交換機構１４によってハンドユニット１６と加工ユニット１８とのいずれか一方のユニットに交換したり、加工ユニット１８に交換した場合は記憶部１８ｃに記憶された主軸割り出し位置に従って穴加工を行う等の制御を行う。
【００２４】
〔加工システムの構成例〕
次に、加工システムの構成例について図４〜図７を参照しながら説明する。本例はワークに対して穴加工を行うために構成した例である。
【００２５】
まず、図４には加工システムの構成例を表す。加工システム２０は、複数台（本例は３台）の加工ロボット２２，２４，２６、複数台（本例は２台）のロボット加工機１０Ａ，１０Ｂ、ハンドユニット１６Ａ，１６Ｂ、加工ユニット１８Ａ，１８Ｂ、ワーク置き台２８、ワーク固定台３０、固定ボックス３２、制御装置Ｃなどを有する。
【００２６】
加工ロボット２２，２４，２６はそれぞれが加工機に相当し、本例では所定の加工位置で穴加工を行うように構成されている。ロボット加工機１０Ａ，１０Ｂはそれぞれが上述したロボット加工機１０に相当する。ハンドユニット１６Ａ，１６Ｂはそれぞれが上述したハンドユニット１６に相当し、使用しない場合にはユニット置き台３６に置かれる。加工ユニット１８Ａ，１８Ｂはそれぞれが上述した加工ユニット１８に相当し、使用しない場合にはユニット置き台３８に置かれる。ワーク置き台２８には次に加工するワークＷｂを載せておく。ワーク固定台３０にはこれから加工するワークＷａを固定する。
【００２７】
次に図５には、固定ボックスの構成例を表す。固定ボックス３２は、ワークＷ（Ｗａ，Ｗｂ）の入れ替え時にはボックス置き台３４に置かれ、加工時にはワーク固定台３０に固定されたワークＷを上方から覆う。この固定ボックス３２は底面部分が開口した構造になっており、開口部分を除いた面にはワークＷの加工位置ごとに対応して複数のブッシュ部４０が設けられている。なお、固定ボックス３２はワークＷを被せた後にワーク固定台３０に固定される。制御装置Ｃは１台または複数台の筐体で構成され、加工ロボット２２，２４，２６およびロボット加工機１０Ａ，１０Ｂの作動を個別に制御する。
【００２８】
ところで、穴あけ加工やタッピング加工等では、加工時に主軸１８ａを回転させるとスラスト方向（すなわち穴あけ方向と反対の方向）への反力が生じることが知られている。もし反力がロボットアーム１２の軸許容モーメントを超えると、ロボットアーム１２が振れやすくなる。ロボットアーム１２が振れると加工精度が低下することから、加工精度を向上するためにロボットアーム１２の振れを防止する構成（すなわちユニット側着脱部１６ｂとブッシュ部４０の構成）について以下に説明する。
【００２９】
図６には、ユニット側係合部１８ｂの構成例を部分断面図で表す。ユニット側係合部１８ｂは係合部本体１８ｉを基体として、アクチュエータ１８ｇ，ベアリング１８ｊ，回転筒体１８ｋ，クランプ部１８ｍなどを有する。アクチュエータ１８ｇは可動部１８ｈを動かす。回転筒体１８ｋは、ベアリング１８ｊを介して係合部本体１８ｉに取り付けられている。可動部１８ｈと回転筒体１８ｋとは、可動部１８ｈの進退運動が回転筒体１８ｋの回転運動に変換されるように連結される。クランプ部１８ｍは回転筒体１８ｋの端部に設けられ、テーパ面１８ｎや凹部１８ｐ等を有する（図９〜図１１を参照）。テーパ面１８ｎは、後述するブッシュ部４０の係合部４０ａに備えられたテーパ面４０ｆと接触して係合することにより（図７，図１１（Ｂ）を参照）、加工ユニット１８（ひいてはロボットアーム１２の全体）を保持する。テーパ面１８ｎは、クランプ部１８ｍの先端側が主軸１８ａ側（中心側）に張り出すように形成されている。凹部１８ｐは後述するブッシュ部４０に備えられた係合部４０ａの個数（本例では４個）に対応して設けられ、ブッシュ部４０に対して主軸１８ａを出し入れする際に係合部４０ａを通過させる。
【００３０】
図７には、ブッシュ部４０の構成例を表す。平面図を図７（Ａ）に表し、当該図７（Ａ）におけるＢ７−Ｂ７線断面図を図７（Ｂ）に表す。ブッシュ部４０はブッシュ本体４０ｂを基体として、係合部４０ａ，取付部４０ｃ，ガイド穴４０ｄ，ガイド部４０ｅなどを有する。ブッシュ本体４０ｂの一方側（ロボットアーム１２側）の端部は、クランプ部１８ｍが通り易くするために面取りされている。複数個（本例では４個）の係合部４０ａは、ブッシュ本体４０ｂの一方側の端部（またはその近傍）に設けられている。それぞれの係合部４０ａは、ブッシュ本体４０ｂの先端側が広がるように形成されたテーパ面４０ｆを有する。このテーパ面４０ｆは、上述したテーパ面１８ｎと接触し係合する機能を有する。取付部４０ｃは、ネジ等の固定部材を用いてブッシュ部４０を固定ボックス３２に取り付けるための穴を有する。ガイド穴４０ｄは主軸１８ａをガイドする貫通穴である。ガイド部４０ｅはブッシュ本体４０ｂの他方側（固定ボックス３２側）の端部であってガイド穴４０ｄの内側に設けられ、主軸１８ａよりも固い素材で形成されている。ガイド部４０ｅは所定の長さを有し、ワークＷの加工面に対する主軸１８ａの中心軸が直角となるように保持する役割を果たす。
【００３１】
以上のように構成された加工システム２０において、ワークＷａに対して行われる穴加工の工程例について図４を参照しながら説明する。この工程例は、制御装置Ｃによって制御される一例である。なお、ワーク置き台２８には既にワークＷａが置かれており、ワーク固定台３０には何も置かれてないと仮定する。
【００３２】
（工程１）ロボット加工機１０Ａは、ロボットアーム１２に加工ユニット１８が装着されていた場合には、予めユニット交換機構１４によってハンドユニット１６に交換する。このハンドユニット１６によって、ワーク置き台２８に置いてあるワークＷａをワーク固定台３０に搬送して固定する。
【００３３】
（工程２）ロボット加工機１０Ｂは、ロボットアーム１２に加工ユニット１８が装着されていた場合には、予めユニット交換機構１４によってハンドユニット１６に交換する。ワークＷａが固定されると、ロボット加工機１０Ｂはボックス置き台３４に置いてある固定ボックス３２をワークＷａを覆うように被せて固定する。この搬送および固定と並行して、ロボット加工機１０Ａではユニット交換機構１４によってハンドユニット１６を加工ユニット１８に交換する。
【００３４】
（工程３）ワークＷａおよび固定ボックス３２の双方が固定されると、加工ロボット２２，２４，２６にそれぞれ割り当てられた加工位置についてブッシュ部４０を通じて穴加工を行う。この穴加工と並行して、ロボット加工機１０Ａはロボットアーム１２に装着された加工ユニット１８の主軸１８ａで割り当てられた加工位置を穴加工するとともに、ロボット加工機１０Ｂではユニット交換機構１４によってハンドユニット１６を加工ユニット１８に交換する。
【００３５】
（工程４）加工ユニット１８に交換し終えたロボット加工機１０Ｂは、当該加工ユニット１８の主軸１８ａで割り当てられた加工位置を穴加工する。
【００３６】
（工程５）全ての穴加工を終えたロボット加工機１０Ａ，１０Ｂは、それぞれがユニット交換機構１４によって加工ユニット１８をハンドユニット１６に交換する。ロボット加工機１０Ｂは、固定が解除された固定ボックス３２を搬送してボックス置き台３４に置く。その後、ロボット加工機１０Ａは固定が解除されたワークＷａを搬送して完成品置き場（図示せず）に置く。その後、他のワークＷを加工する場合は工程１に戻って繰り返す。
【００３７】
ここで、上記工程４において加工ユニット１８で穴加工を行う際に、ユニット側係合部１８ｂとブッシュ部４０を用いて主軸１８ａでワークＷを加工可能な状態にするまでの手順について図８〜図１２を参照しながら説明する。
【００３８】
まず、加工ユニットを移動させている状態を図８に表し、加工ユニットをブッシュ部に係合させる手順の例を図９に表す。図８と図９にそれぞれ表すように、主軸１８ａがガイド穴４０ｄを通るように加工ユニット１８を進行方向（図中の矢印Ｄ２方向）に移動させる。この移動中にブッシュ部４０の係合部４０ａがクランプ部１８ｍの凹部１８ｐを通る。なお移動中における主軸１８ａは、ワークＷと衝突しない位置まで退避させておくのが望ましい。
【００３９】
係合部４０ａが凹部１８ｐを通った後に加工ユニット１８を静止させると、図１０に表すような状態になる。図１０（Ａ）には図１０（Ｂ）におけるＡ１０−Ａ１０線断面図を表し、図１０（Ｂ）には図１０（Ａ）におけるＢ１０−Ｂ１０線断面図を表す。本例では、係合部４０ａの無い部位のブッシュ本体４０ｂをクランプ部１８ｍが通過し、主軸１８ａの先端部がガイド部４０ｅにガイドされている。
【００４０】
図１０に表した状態のとき、アクチュエータ１８ｇを駆動させて可動部１８ｈを動かす。すなわち回転筒体１８ｋとともにクランプ部１８ｍを係合方向（図９，図１０に表す矢印Ｄ４方向）に回転させ、図１１に表すような状態にする。図１１（Ａ）には図１１（Ｂ）におけるＡ１１−Ａ１１線断面図を表し、図１１（Ｂ）には図１１（Ａ）におけるＢ１１−Ｂ１１線断面図を表す。係合方向への回転は、クランプ部１８ｍのテーパ面１８ｎが係合部４０ａのテーパ面４０ｆと接触するまで行う。本例では、図１１（Ａ）に表すように基線Ｌ２から基線Ｌ４までの角度θだけ回転させている。
【００４１】
上述したようにテーパ面１８ｎがテーパ面４０ｆと接触した状態を図１２に表す。この状態で主軸１８ａを回転させて加工方向（図１２に表す矢印Ｄ８方向）にワークＷを加工を行うと、加工中に生じた反力（図１２に表す矢印Ｄ６方向の力）をブッシュ部４０が吸収する。したがって、加工中に加工ユニット１８が振れることがない。
【００４２】
なお加工後は、上述した手順とは逆の手順でクランプ部１８ｍを解除方向（図９，図１０に表す矢印Ｄ４方向と逆方向）に回転させてテーパ面の係合を解除し、加工ユニット１８を退避方向（図８の矢印Ｄ２方向と逆方向）に移動させればよい。
【００４３】
上述した実施の形態によれば、以下に表す各効果を得ることができる。
（１）ユニット交換機構１４は、ロボットアーム１２の先端に備えたアーム側着脱部１２ａと、ハンドユニット１６に備えたユニット側着脱部１６ｂおよび加工ユニット１８に備えたユニット側着脱部１８ｅのうち双方に備えた（図１〜図３を参照）。搬送用のハンドユニット１６と加工用の加工ユニット１８はユニット交換機構１４によって交換して用いるので、ロボットアーム１２には一方のユニットしか装着しない。可搬重量が制限されているロボットアーム１２を有する一のロボット加工機１０において、非同時であるものの穴加工と搬送の両方を行うことができ、他のロボット装置を必要としない点でコストを安く抑えることができる。
【００４４】
（２）加工ユニット１８は、主軸１８ａの割り出し位置を記憶部１８ｃに記憶した（図３を参照）。ハンドユニット１６に交換した後にさらに穴加工を行う場合でも、主軸１８ａの位置検出を行わずにすぐに穴加工が行える。したがって、主軸１８ａの位置検出を行わずに済む分、工程に無駄な時間が生じない。
また加工ユニット１８には記憶部１８ｃの記憶内容を保持する電源部１８ｄを備えたので、ハンドユニット１６と加工ユニット１８の交換時に電源部１８ｄと記憶部１８ｃとの間の接続を気にする必要がなく有利である。
【００４５】
（３）加工システム２０では、搬送用のハンドユニット１６と加工用の加工ユニット１８をユニット交換機構１４によって交換するので、結果的に一のロボット加工機１０で穴加工と搬送の両方を行うことができる。また、ロボット加工機１０Ｂが固定ボックス３２の搬送を行っている間にロボット加工機１０Ａがユニット交換機構１４で加工ユニット１８に交換し（工程２）、ロボット加工機１０Ｂの搬送を終えた後にロボット加工機１０ＡがワークＷに穴加工を行うので（工程３）、工程に無駄な時間が生じない。
【００４６】
（４）加工システム２０では、加工ユニット１８の主軸１８ａをガイド部４０ｅに位置決めした後、ワークＷに穴加工を行うように制御する構成とした（図１０を参照）。主軸１８ａをガイド部４０ｅに位置決めすると、何らかの要因でロボットアーム１２が振れた場合でも主軸１８ａが径方向に対する動きが規制される。よって、ロボット加工機１０を用いて穴加工を行う場合でも高精度の穴を加工することができる。
【００４７】
（５）加工システム２０では、係合部４０ａとクランプ部１８ｍとを係合保持した後、ワークＷに穴加工を行うように制御する構成とした（図８〜図１２を参照）。係合部４０ａとクランプ部１８ｍとを係合保持すると、何らかの要因でロボットアーム１２が振れた場合でも軸方向（穴の深さ方向）及び径方向に対する主軸１８ａの動きが規制される。よって、ロボットアーム１２の先端部に加工ユニット１８を備えて穴加工を行う場合でも、高精度の穴を加工することができる。
【００４８】
〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。
【００４９】
（１）上述した実施の形態では、ユニット交換機構１４はハンドユニット１６と加工ユニット１８とを交換可能に構成した（図１〜図３を参照）。この形態に代えて（あるいは加えて）、他のユニットと交換可能に構成してもよい。他のユニットは任意の作業を行うユニットを適用可能であり、例えば溶接を行う溶接ユニットや、塗装を行う塗装ユニット等が該当する。したがって、搬送以外の作業と並行して加工を行うことができる。
また、ユニット交換機構１４は着脱凸部１２ｂが径方向に拡大することで着脱凹部１６ｃと嵌まり合って固定する構成とした（図２，図３を参照）。この形態に代えて、他の着脱機構を備えることでユニットを交換可能に構成してもよい。他の着脱機構は、例えば雄ネジと雌ネジとからなる構成や、着脱凸部および着脱凹部の一方または他方を奥行き方向にテーパー状に形成した構成などが該当する。
【００５０】
（２）上述した実施の形態では、加工システム２０はワークＷに対して穴加工を行うように制御する構成とした（工程１〜５を参照）。この形態に代えて（あるいは加えて）、他の加工（例えばタップ加工，切削加工，面取り加工等）が行える工具を備えた加工ユニット１８を用いて、ワークＷに対して他の加工を行うように制御する構成としてもよい。この構成であっても、ロボットアーム１２の振れが防止され、工具（主軸１８ａ）の動きが規制されるので、高精度の加工を行うことができる。なお、穴加工を行う加工ロボット２２，２４，２６以外の加工機（例えば切削加工を行う加工ロボットや、組み立てを行う組立ロボット等）を適用してもよい。
【００５１】
（３）上述した実施の形態では、クランプ部１８ｍのテーパ面１８ｎと係合部４０ａのテーパ面４０ｆは平滑面で構成した（図８〜図１２を参照）。この形態に代えて、テーパ面１８ｎおよびテーパ面４０ｆの一方または双方について非平滑面で構成してもよい。非平滑面は、例えばＬ字状や階段状に形成したり、凹凸面に形成する。非平滑面であれば滑り抵抗が大きくなるので、反力が大きくなっても吸収することが可能になる。したがって、ロボットアーム１２が振れた場合でも軸方向（穴の深さ方向）に対する主軸１８ａの動きをより確実に規制することができる。
【００５２】
（４）上述した実施の形態では、クランプ部１８ｍのテーパ面１８ｎと係合部４０ａのテーパ面４０ｆは互いに並行する曲面で構成した（図８〜図１２を参照）。この形態に代えて、テーパ面１８ｎおよびテーパ面４０ｆの一方または双方について回転方向に傾斜するテーパー状に構成してもよい。すなわちテーパ面１８ｎとテーパ面４０ｆを係合させるには相対的に回転させる必要があるが、少なくとも一方の面を回転方向に傾斜させることによって回転角に応じた締め付け力を与えることができる。したがって、回転角でクランプ部１８ｍとブッシュ部４０との係合力を調整することができる。
【００５３】
（５）上述した実施の形態では、加工ユニット１８は記憶部１８ｃに記憶した内容（例えば主軸１８ａの割り出し位置）を保持するために電源部１８ｄを備えた（図１を参照）。言い換えれば、記憶部１８ｃが揮発性メモリであるために電源部１８ｄを必要とする。この形態に代えて、不揮発性メモリを記憶部１８ｃとして適用した場合には電源部１８ｄは不要になる。不揮発性メモリは、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）、フラッシュメモリ、ＦｅＲＡＭ（Ferroelectric RAM）などが該当する。したがって、電源部１８ｄが不要となってコストを安く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】ロボット加工機の構成例を表す側面図である。
【図２】ハンドユニットの着脱を説明する図である。
【図３】加工ユニットの着脱を説明する図である。
【図４】加工ステーションの構成例を表す平面図である。
【図５】固定ボックスの構成例を表す斜視図である。
【図６】ユニット側係合部の構成例を表す部分断面図である。
【図７】ブッシュ部の構成例を表す図である。
【図８】加工ユニットを移動させている状態を表す部分断面図である。
【図９】加工ユニットをブッシュ部に係合させる手順を説明する図である。
【図１０】主軸をガイド部に位置決めした状態を表す図である。
【図１１】係合後の状態を表す図である。
【図１２】主軸による加工中の状態を表す部分断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０（１０Ａ，１０Ｂ） ロボット加工機
１２ ロボットアーム
１２ａ アーム側着脱部
１２ｂ 着脱凸部
１４ ユニット交換機構
１６（１６Ａ，１６Ｂ） ハンドユニット
１６ａ チャック
１６ｂ ユニット側着脱部
１６ｃ 着脱凹部
１８（１８Ａ，１８Ｂ） 加工ユニット
１８ａ 主軸
１８ｂ ユニット側係合部
１８ｃ 記憶部
１８ｄ 電源部
１８ｅ ユニット側着脱部
１８ｇ アクチュエータ
１８ｈ 可動部
１８ｉ 嵌合部本体
１８ｊ ベアリング
１８ｋ 回転筒体
１８ｍ クランプ部
１８ｎ テーパ面
１８ｐ 凹部
２０ 加工システム
２２，２４，２６ 加工ロボット（加工機）
２８ ワーク置き台
３０ ワーク固定台
３２ 固定ボックス
３４ ボックス置き台
３６，３８ ユニット置き台
４０ ブッシュ部
４０ａ 係合部
４０ｂ ブッシュ本体
４０ｃ 取付部
４０ｄ ガイド穴
４０ｅ ガイド部
４０ｆ テーパ面
Ｃ 制御装置
Ｌ２，Ｌ４ 基線
Ｗ（Ｗａ，Ｗｂ） ワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の関節からなるロボットアームを備えて穴加工を行うロボット加工機と、当該ロボット加工機を少なくとも備えて加工を行う加工システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
穴加工を行う従来のロボット加工機としては、例えばカメラを備え、当該カメラで撮像した画像情報によって加工部位の計測結果が許容範囲内か否かに従って穴加工を行う技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。
【特許文献１】実開平７−１７４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１のロボット加工機は穴加工を行えるものの、ワークを搬送することはできない。穴加工と搬送の両方を行うようにするには、搬送用のロボット装置を別個に備えるか、穴加工用のユニットと搬送用のユニットをロボットアームに備える必要がある。前者は、コストが嵩むだけでなく、加工中は搬送用のロボット装置を動作させることができないので待機せざるを得ず、工程に無駄な時間が生じる。後者は、ロボットアームの可搬重量に制限があり、関節数が増すにつれて可搬重量が少なくなるため、穴加工用のユニットと搬送用のユニットの双方をロボットアームに備えるのは現実的に困難である。
【０００４】
また特許文献１のロボット加工機で行える穴加工は、加工時に生じる反力によってロボットアームが振れやすい。加工中にロボットアームが振れると穴の径や深さにムラが生じるので、精度が要求されない穴加工しか行えないという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、一のロボット加工機で穴加工と搬送の両方を行えるようにすることを第１の目的とする。さらにはロボット加工機を用いて高精度の穴加工が行える加工システムを提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）課題を解決するための手段（以下では単に「解決手段」と呼ぶ。）１は、複数の関節からなるロボットアームを備え、穴加工を行うロボット加工機であって、ワークの搬送を行うハンドユニットと、主軸によって穴加工を行う加工ユニットと、前記ハンドユニットと前記加工ユニットとを交換していずれか一方のユニットを保持するユニット交換機構と、前記ユニット交換機構によって前記ハンドユニットから前記加工ユニットに交換し、穴加工を行うように制御する制御装置とを有することを要旨とする。
【０００７】
ユニット交換機構は、ロボットアームの先端およびユニットのうち一方または双方に備える。解決手段１によれば、搬送用のハンドユニットと加工用の加工ユニットはユニット交換機構によって交換して用いるので、ロボットアームには一方のユニットしか装着しない。可搬重量が制限されているロボットアームを有する一のロボット加工機において、非同時であるものの穴加工と搬送の両方を行うことができ、他のロボット装置を必要としない点でコストを安く抑えることができる。
【０００８】
（２）解決手段２は、解決手段１に記載したロボット加工機であって、加工ユニットは、主軸割り出し位置を記憶する記憶部を有し、制御装置は、前記記憶部に記憶された主軸割り出し位置に従って穴加工を行うように制御することを要旨とする。
【０００９】
解決手段２によれば、加工ユニットには主軸割り出し位置を記憶部に記憶するので、ハンドユニットに交換した後にさらに穴加工を行う場合でも主軸の位置検出を行わずにすぐに穴加工が行える。したがって、主軸の位置検出を行わずに済む分、工程に無駄な時間が生じない。
【００１０】
（３）解決手段３は、解決手段２に記載したロボット加工機であって、加工ユニットは、前記記憶部の記憶内容を保持する電源部を有することを要旨とする。
【００１１】
解決手段３によれば、ハンドユニットと加工ユニットの交換時に、電源部と記憶部との間の接続を気にする必要がなく有利である。
【００１２】
（４）解決手段４は、解決手段１から３のいずれか一項に記載したロボット加工機と、他の加工機とを備え、双方の加工機を作動させて穴加工を行う加工システムであって、前記ロボット加工機がハンドユニットによって搬送を終えた後、前記他の加工機が搬送を行っている間に、前記ロボット加工機はユニット交換機構によって前記ハンドユニットから加工ユニットに交換し、前記他の加工機が搬送を終えた後、前記ロボット加工機は記憶部に記憶された主軸割り出し位置に従ってワークに穴加工を行うように制御することを要旨とする。
【００１３】
解決手段４によれば、解決手段１と同様にして搬送用のハンドユニットと加工用の加工ユニットをユニット交換機構によって交換するので、結果的に一のロボット加工機で穴加工と搬送の両方を行うことができる。また、他の加工機が搬送を行っている間にユニット交換機構で加工ユニットに交換し、搬送を終えた後にロボット加工機がワークに穴加工を行うので、工程に無駄な時間が生じない。
【００１４】
（５）解決手段５は、解決手段４に記載した加工システムであって、他の加工機によって搬送され、ワークの加工位置ごとに対応して設けられるとともに主軸の軸方向に沿って所定長を有するガイド部を備え、前記ワークを一時的に固定する固定ボックスを有し、ロボット加工機は加工ユニットの主軸を前記ガイド部に位置決めした後、前記ワークに穴加工を行うように制御することを要旨とする。
【００１５】
解決手段５によれば、加工ユニットの主軸をガイド部に位置決めすると、何らかの要因でロボットアームが振れた場合でも主軸の動きが規制される。よって、ロボット加工機を用いて穴加工を行う場合でも高精度の穴を加工することができる。
【００１６】
（６）解決手段６は、解決手段４または５に記載した加工システムであって、他の加工機によって搬送され、ワークの加工位置ごとに対応して設けられるとともに先端側が径方向に広がるように形成されたテーパー状の係合部を備え、前記ワークを一時的に固定する固定ボックスを有し、加工ユニットは先端側が狭まるように形成されたテーパー状のクランプ部を有し、ロボット加工機は、前記係合部と前記クランプ部とを係合保持した後、ワークに穴加工を行うように制御することを要旨とする。
【００１７】
解決手段６によれば、係合部とクランプ部とを係合保持すると、何らかの要因でロボットアームが振れた場合でも主軸の動きが規制される。よって、ロボットアームの先端部に加工ユニットを備えて穴加工を行う場合でも、高精度の穴を加工することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、一のロボット加工機で穴加工と搬送の両方を行うことができる。また、ロボット加工機を用いて高精度の穴加工が行える加工システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
〔ロボット加工機の構成例〕
まず、ロボット加工機の構成例について図１〜図３を参照しながら説明する。図１に表すロボット加工機１０は、多関節からなるロボットアーム１２や制御装置Ｃなどを有する。ロボットアーム１２の先端部と、ハンドユニット１６および加工ユニット１８のそれぞれには、ハンドユニット１６と加工ユニット１８とを交換していずれか一方のユニットを保持するユニット交換機構１４を有する。ロボットアーム１２の先端部には、着脱凸部１２ｂを備えたアーム側着脱部１２ａを有する（図２，図３を参照）。このアーム側着脱部１２ａは、後述するユニット側着脱部１６ｂ，１８ｅ（図２，図３を参照）とともにユニット交換機構１４を構成する。制御装置Ｃの機能については後述する。
【００２１】
図２にはハンドユニット１６の構成例を表す。ハンドユニット１６は、チャック１６ａやユニット側着脱部１６ｂ等を有する。チャック１６ａは、ワーク等を把持や保持等して搬送する機能を果たす。ユニット側着脱部１６ｂには着脱凹部１６ｃを有し、アーム側着脱部１２ａの着脱凸部１２ｂと嵌まり合う。例えば着脱凸部１２ｂが径方向に拡大することで一時的に固定し、逆に径方向に縮小することで固定を解除する。
【００２２】
図３には加工ユニット１８の構成例を表す。加工ユニット１８は、主軸１８ａ，ユニット側係合部１８ｂ，記憶部１８ｃ，電源部１８ｄ，ユニット側着脱部１８ｅなどを有する。主軸１８ａはワーク等を加工する工具に相当し、例えばドリル，リーマ，タップ等が該当する。ユニット側係合部１８ｂは後述する固定ボックス３２のブッシュ部４０と係合し、少なくとも加工時においてロボットアーム１２を固定ボックス３２に固定する機能を果たす（図７，図１０等を参照）。なお、ユニット側係合部１８ｂの構成例については後述する。記憶部１８ｃは例えばＳＲＡＭ等が該当し、主軸１８ａの割り出し位置などを記憶する。この記憶は、バッテリ等の電源部１８ｄによって保持される。ユニット側着脱部１８ｅは上述したユニット側着脱部１６ｂと同等の機能を果たし、着脱凹部１８ｆは着脱凹部１６ｃに相当する。
【００２３】
図１の制御装置Ｃは、ユニット交換機構１４によってハンドユニット１６と加工ユニット１８とのいずれか一方のユニットに交換したり、加工ユニット１８に交換した場合は記憶部１８ｃに記憶された主軸割り出し位置に従って穴加工を行う等の制御を行う。
【００２４】
〔加工システムの構成例〕
次に、加工システムの構成例について図４〜図７を参照しながら説明する。本例はワークに対して穴加工を行うために構成した例である。
【００２５】
まず、図４には加工システムの構成例を表す。加工システム２０は、複数台（本例は３台）の加工ロボット２２，２４，２６、複数台（本例は２台）のロボット加工機１０Ａ，１０Ｂ、ハンドユニット１６Ａ，１６Ｂ、加工ユニット１８Ａ，１８Ｂ、ワーク置き台２８、ワーク固定台３０、固定ボックス３２、制御装置Ｃなどを有する。
【００２６】
加工ロボット２２，２４，２６はそれぞれが加工機に相当し、本例では所定の加工位置で穴加工を行うように構成されている。ロボット加工機１０Ａ，１０Ｂはそれぞれが上述したロボット加工機１０に相当する。ハンドユニット１６Ａ，１６Ｂはそれぞれが上述したハンドユニット１６に相当し、使用しない場合にはユニット置き台３６に置かれる。加工ユニット１８Ａ，１８Ｂはそれぞれが上述した加工ユニット１８に相当し、使用しない場合にはユニット置き台３８に置かれる。ワーク置き台２８には次に加工するワークＷｂを載せておく。ワーク固定台３０にはこれから加工するワークＷａを固定する。
【００２７】
次に図５には、固定ボックスの構成例を表す。固定ボックス３２は、ワークＷ（Ｗａ，Ｗｂ）の入れ替え時にはボックス置き台３４に置かれ、加工時にはワーク固定台３０に固定されたワークＷを上方から覆う。この固定ボックス３２は底面部分が開口した構造になっており、開口部分を除いた面にはワークＷの加工位置ごとに対応して複数のブッシュ部４０が設けられている。なお、固定ボックス３２はワークＷを被せた後にワーク固定台３０に固定される。制御装置Ｃは１台または複数台の筐体で構成され、加工ロボット２２，２４，２６およびロボット加工機１０Ａ，１０Ｂの作動を個別に制御する。
【００２８】
ところで、穴あけ加工やタッピング加工等では、加工時に主軸１８ａを回転させるとスラスト方向（すなわち穴あけ方向と反対の方向）への反力が生じることが知られている。もし反力がロボットアーム１２の軸許容モーメントを超えると、ロボットアーム１２が振れやすくなる。ロボットアーム１２が振れると加工精度が低下することから、加工精度を向上するためにロボットアーム１２の振れを防止する構成（すなわちユニット側着脱部１６ｂとブッシュ部４０の構成）について以下に説明する。
【００２９】
図６には、ユニット側係合部１８ｂの構成例を部分断面図で表す。ユニット側係合部１８ｂは係合部本体１８ｉを基体として、アクチュエータ１８ｇ，ベアリング１８ｊ，回転筒体１８ｋ，クランプ部１８ｍなどを有する。アクチュエータ１８ｇは可動部１８ｈを動かす。回転筒体１８ｋは、ベアリング１８ｊを介して係合部本体１８ｉに取り付けられている。可動部１８ｈと回転筒体１８ｋとは、可動部１８ｈの進退運動が回転筒体１８ｋの回転運動に変換されるように連結される。クランプ部１８ｍは回転筒体１８ｋの端部に設けられ、テーパ面１８ｎや凹部１８ｐ等を有する（図９〜図１１を参照）。テーパ面１８ｎは、後述するブッシュ部４０の係合部４０ａに備えられたテーパ面４０ｆと接触して係合することにより（図７，図１１（Ｂ）を参照）、加工ユニット１８（ひいてはロボットアーム１２の全体）を保持する。テーパ面１８ｎは、クランプ部１８ｍの先端側が主軸１８ａ側（中心側）に張り出すように形成されている。凹部１８ｐは後述するブッシュ部４０に備えられた係合部４０ａの個数（本例では４個）に対応して設けられ、ブッシュ部４０に対して主軸１８ａを出し入れする際に係合部４０ａを通過させる。
【００３０】
図７には、ブッシュ部４０の構成例を表す。平面図を図７（Ａ）に表し、当該図７（Ａ）におけるＢ７−Ｂ７線断面図を図７（Ｂ）に表す。ブッシュ部４０はブッシュ本体４０ｂを基体として、係合部４０ａ，取付部４０ｃ，ガイド穴４０ｄ，ガイド部４０ｅなどを有する。ブッシュ本体４０ｂの一方側（ロボットアーム１２側）の端部は、クランプ部１８ｍが通り易くするために面取りされている。複数個（本例では４個）の係合部４０ａは、ブッシュ本体４０ｂの一方側の端部（またはその近傍）に設けられている。それぞれの係合部４０ａは、ブッシュ本体４０ｂの先端側が広がるように形成されたテーパ面４０ｆを有する。このテーパ面４０ｆは、上述したテーパ面１８ｎと接触し係合する機能を有する。取付部４０ｃは、ネジ等の固定部材を用いてブッシュ部４０を固定ボックス３２に取り付けるための穴を有する。ガイド穴４０ｄは主軸１８ａをガイドする貫通穴である。ガイド部４０ｅはブッシュ本体４０ｂの他方側（固定ボックス３２側）の端部であってガイド穴４０ｄの内側に設けられ、主軸１８ａよりも固い素材で形成されている。ガイド部４０ｅは所定の長さを有し、ワークＷの加工面に対する主軸１８ａの中心軸が直角となるように保持する役割を果たす。
【００３１】
以上のように構成された加工システム２０において、ワークＷａに対して行われる穴加工の工程例について図４を参照しながら説明する。この工程例は、制御装置Ｃによって制御される一例である。なお、ワーク置き台２８には既にワークＷａが置かれており、ワーク固定台３０には何も置かれてないと仮定する。
【００３２】
（工程１）ロボット加工機１０Ａは、ロボットアーム１２に加工ユニット１８が装着されていた場合には、予めユニット交換機構１４によってハンドユニット１６に交換する。このハンドユニット１６によって、ワーク置き台２８に置いてあるワークＷａをワーク固定台３０に搬送して固定する。
【００３３】
（工程２）ロボット加工機１０Ｂは、ロボットアーム１２に加工ユニット１８が装着されていた場合には、予めユニット交換機構１４によってハンドユニット１６に交換する。ワークＷａが固定されると、ロボット加工機１０Ｂはボックス置き台３４に置いてある固定ボックス３２をワークＷａを覆うように被せて固定する。この搬送および固定と並行して、ロボット加工機１０Ａではユニット交換機構１４によってハンドユニット１６を加工ユニット１８に交換する。
【００３４】
（工程３）ワークＷａおよび固定ボックス３２の双方が固定されると、加工ロボット２２，２４，２６にそれぞれ割り当てられた加工位置についてブッシュ部４０を通じて穴加工を行う。この穴加工と並行して、ロボット加工機１０Ａはロボットアーム１２に装着された加工ユニット１８の主軸１８ａで割り当てられた加工位置を穴加工するとともに、ロボット加工機１０Ｂではユニット交換機構１４によってハンドユニット１６を加工ユニット１８に交換する。
【００３５】
（工程４）加工ユニット１８に交換し終えたロボット加工機１０Ｂは、当該加工ユニット１８の主軸１８ａで割り当てられた加工位置を穴加工する。
【００３６】
（工程５）全ての穴加工を終えたロボット加工機１０Ａ，１０Ｂは、それぞれがユニット交換機構１４によって加工ユニット１８をハンドユニット１６に交換する。ロボット加工機１０Ｂは、固定が解除された固定ボックス３２を搬送してボックス置き台３４に置く。その後、ロボット加工機１０Ａは固定が解除されたワークＷａを搬送して完成品置き場（図示せず）に置く。その後、他のワークＷを加工する場合は工程１に戻って繰り返す。
【００３７】
ここで、上記工程４において加工ユニット１８で穴加工を行う際に、ユニット側係合部１８ｂとブッシュ部４０を用いて主軸１８ａでワークＷを加工可能な状態にするまでの手順について図８〜図１２を参照しながら説明する。
【００３８】
まず、加工ユニットを移動させている状態を図８に表し、加工ユニットをブッシュ部に係合させる手順の例を図９に表す。図８と図９にそれぞれ表すように、主軸１８ａがガイド穴４０ｄを通るように加工ユニット１８を進行方向（図中の矢印Ｄ２方向）に移動させる。この移動中にブッシュ部４０の係合部４０ａがクランプ部１８ｍの凹部１８ｐを通る。なお移動中における主軸１８ａは、ワークＷと衝突しない位置まで退避させておくのが望ましい。
【００３９】
係合部４０ａが凹部１８ｐを通った後に加工ユニット１８を静止させると、図１０に表すような状態になる。図１０（Ａ）には図１０（Ｂ）におけるＡ１０−Ａ１０線断面図を表し、図１０（Ｂ）には図１０（Ａ）におけるＢ１０−Ｂ１０線断面図を表す。本例では、係合部４０ａの無い部位のブッシュ本体４０ｂをクランプ部１８ｍが通過し、主軸１８ａの先端部がガイド部４０ｅにガイドされている。
【００４０】
図１０に表した状態のとき、アクチュエータ１８ｇを駆動させて可動部１８ｈを動かす。すなわち回転筒体１８ｋとともにクランプ部１８ｍを係合方向（図９，図１０に表す矢印Ｄ４方向）に回転させ、図１１に表すような状態にする。図１１（Ａ）には図１１（Ｂ）におけるＡ１１−Ａ１１線断面図を表し、図１１（Ｂ）には図１１（Ａ）におけるＢ１１−Ｂ１１線断面図を表す。係合方向への回転は、クランプ部１８ｍのテーパ面１８ｎが係合部４０ａのテーパ面４０ｆと接触するまで行う。本例では、図１１（Ａ）に表すように基線Ｌ２から基線Ｌ４までの角度θだけ回転させている。
【００４１】
上述したようにテーパ面１８ｎがテーパ面４０ｆと接触した状態を図１２に表す。この状態で主軸１８ａを回転させて加工方向（図１２に表す矢印Ｄ８方向）にワークＷを加工を行うと、加工中に生じた反力（図１２に表す矢印Ｄ６方向の力）をブッシュ部４０が吸収する。したがって、加工中に加工ユニット１８が振れることがない。
【００４２】
なお加工後は、上述した手順とは逆の手順でクランプ部１８ｍを解除方向（図９，図１０に表す矢印Ｄ４方向と逆方向）に回転させてテーパ面の係合を解除し、加工ユニット１８を退避方向（図８の矢印Ｄ２方向と逆方向）に移動させればよい。
【００４３】
上述した実施の形態によれば、以下に表す各効果を得ることができる。
（１）ユニット交換機構１４は、ロボットアーム１２の先端に備えたアーム側着脱部１２ａと、ハンドユニット１６に備えたユニット側着脱部１６ｂおよび加工ユニット１８に備えたユニット側着脱部１８ｅのうち双方に備えた（図１〜図３を参照）。搬送用のハンドユニット１６と加工用の加工ユニット１８はユニット交換機構１４によって交換して用いるので、ロボットアーム１２には一方のユニットしか装着しない。可搬重量が制限されているロボットアーム１２を有する一のロボット加工機１０において、非同時であるものの穴加工と搬送の両方を行うことができ、他のロボット装置を必要としない点でコストを安く抑えることができる。
【００４４】
（２）加工ユニット１８は、主軸１８ａの割り出し位置を記憶部１８ｃに記憶した（図３を参照）。ハンドユニット１６に交換した後にさらに穴加工を行う場合でも、主軸１８ａの位置検出を行わずにすぐに穴加工が行える。したがって、主軸１８ａの位置検出を行わずに済む分、工程に無駄な時間が生じない。
また加工ユニット１８には記憶部１８ｃの記憶内容を保持する電源部１８ｄを備えたので、ハンドユニット１６と加工ユニット１８の交換時に電源部１８ｄと記憶部１８ｃとの間の接続を気にする必要がなく有利である。
【００４５】
（３）加工システム２０では、搬送用のハンドユニット１６と加工用の加工ユニット１８をユニット交換機構１４によって交換するので、結果的に一のロボット加工機１０で穴加工と搬送の両方を行うことができる。また、ロボット加工機１０Ｂが固定ボックス３２の搬送を行っている間にロボット加工機１０Ａがユニット交換機構１４で加工ユニット１８に交換し（工程２）、ロボット加工機１０Ｂの搬送を終えた後にロボット加工機１０ＡがワークＷに穴加工を行うので（工程３）、工程に無駄な時間が生じない。
【００４６】
（４）加工システム２０では、加工ユニット１８の主軸１８ａをガイド部４０ｅに位置決めした後、ワークＷに穴加工を行うように制御する構成とした（図１０を参照）。主軸１８ａをガイド部４０ｅに位置決めすると、何らかの要因でロボットアーム１２が振れた場合でも主軸１８ａが径方向に対する動きが規制される。よって、ロボット加工機１０を用いて穴加工を行う場合でも高精度の穴を加工することができる。
【００４７】
（５）加工システム２０では、係合部４０ａとクランプ部１８ｍとを係合保持した後、ワークＷに穴加工を行うように制御する構成とした（図８〜図１２を参照）。係合部４０ａとクランプ部１８ｍとを係合保持すると、何らかの要因でロボットアーム１２が振れた場合でも軸方向（穴の深さ方向）及び径方向に対する主軸１８ａの動きが規制される。よって、ロボットアーム１２の先端部に加工ユニット１８を備えて穴加工を行う場合でも、高精度の穴を加工することができる。
【００４８】
〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。
【００４９】
（１）上述した実施の形態では、ユニット交換機構１４はハンドユニット１６と加工ユニット１８とを交換可能に構成した（図１〜図３を参照）。この形態に代えて（あるいは加えて）、他のユニットと交換可能に構成してもよい。他のユニットは任意の作業を行うユニットを適用可能であり、例えば溶接を行う溶接ユニットや、塗装を行う塗装ユニット等が該当する。したがって、搬送以外の作業と並行して加工を行うことができる。
また、ユニット交換機構１４は着脱凸部１２ｂが径方向に拡大することで着脱凹部１６ｃと嵌まり合って固定する構成とした（図２，図３を参照）。この形態に代えて、他の着脱機構を備えることでユニットを交換可能に構成してもよい。他の着脱機構は、例えば雄ネジと雌ネジとからなる構成や、着脱凸部および着脱凹部の一方または他方を奥行き方向にテーパー状に形成した構成などが該当する。
【００５０】
（２）上述した実施の形態では、加工システム２０はワークＷに対して穴加工を行うように制御する構成とした（工程１〜５を参照）。この形態に代えて（あるいは加えて）、他の加工（例えばタップ加工，切削加工，面取り加工等）が行える工具を備えた加工ユニット１８を用いて、ワークＷに対して他の加工を行うように制御する構成としてもよい。この構成であっても、ロボットアーム１２の振れが防止され、工具（主軸１８ａ）の動きが規制されるので、高精度の加工を行うことができる。なお、穴加工を行う加工ロボット２２，２４，２６以外の加工機（例えば切削加工を行う加工ロボットや、組み立てを行う組立ロボット等）を適用してもよい。
【００５１】
（３）上述した実施の形態では、クランプ部１８ｍのテーパ面１８ｎと係合部４０ａのテーパ面４０ｆは平滑面で構成した（図８〜図１２を参照）。この形態に代えて、テーパ面１８ｎおよびテーパ面４０ｆの一方または双方について非平滑面で構成してもよい。非平滑面は、例えばＬ字状や階段状に形成したり、凹凸面に形成する。非平滑面であれば滑り抵抗が大きくなるので、反力が大きくなっても吸収することが可能になる。したがって、ロボットアーム１２が振れた場合でも軸方向（穴の深さ方向）に対する主軸１８ａの動きをより確実に規制することができる。
【００５２】
（４）上述した実施の形態では、クランプ部１８ｍのテーパ面１８ｎと係合部４０ａのテーパ面４０ｆは互いに並行する曲面で構成した（図８〜図１２を参照）。この形態に代えて、テーパ面１８ｎおよびテーパ面４０ｆの一方または双方について回転方向に傾斜するテーパー状に構成してもよい。すなわちテーパ面１８ｎとテーパ面４０ｆを係合させるには相対的に回転させる必要があるが、少なくとも一方の面を回転方向に傾斜させることによって回転角に応じた締め付け力を与えることができる。したがって、回転角でクランプ部１８ｍとブッシュ部４０との係合力を調整することができる。
【００５３】
（５）上述した実施の形態では、加工ユニット１８は記憶部１８ｃに記憶した内容（例えば主軸１８ａの割り出し位置）を保持するために電源部１８ｄを備えた（図１を参照）。言い換えれば、記憶部１８ｃが揮発性メモリであるために電源部１８ｄを必要とする。この形態に代えて、不揮発性メモリを記憶部１８ｃとして適用した場合には電源部１８ｄは不要になる。不揮発性メモリは、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）、フラッシュメモリ、ＦｅＲＡＭ（Ferroelectric RAM）などが該当する。したがって、電源部１８ｄが不要となってコストを安く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】ロボット加工機の構成例を表す側面図である。
【図２】ハンドユニットの着脱を説明する図である。
【図３】加工ユニットの着脱を説明する図である。
【図４】加工ステーションの構成例を表す平面図である。
【図５】固定ボックスの構成例を表す斜視図である。
【図６】ユニット側係合部の構成例を表す部分断面図である。
【図７】ブッシュ部の構成例を表す図である。
【図８】加工ユニットを移動させている状態を表す部分断面図である。
【図９】加工ユニットをブッシュ部に係合させる手順を説明する図である。
【図１０】主軸をガイド部に位置決めした状態を表す図である。
【図１１】係合後の状態を表す図である。
【図１２】主軸による加工中の状態を表す部分断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０（１０Ａ，１０Ｂ） ロボット加工機
１２ ロボットアーム
１２ａ アーム側着脱部
１２ｂ 着脱凸部
１４ ユニット交換機構
１６（１６Ａ，１６Ｂ） ハンドユニット
１６ａ チャック
１６ｂ ユニット側着脱部
１６ｃ 着脱凹部
１８（１８Ａ，１８Ｂ） 加工ユニット
１８ａ 主軸
１８ｂ ユニット側係合部
１８ｃ 記憶部
１８ｄ 電源部
１８ｅ ユニット側着脱部
１８ｇ アクチュエータ
１８ｈ 可動部
１８ｉ 嵌合部本体
１８ｊ ベアリング
１８ｋ 回転筒体
１８ｍ クランプ部
１８ｎ テーパ面
１８ｐ 凹部
２０ 加工システム
２２，２４，２６ 加工ロボット（加工機）
２８ ワーク置き台
３０ ワーク固定台
３２ 固定ボックス
３４ ボックス置き台
３６，３８ ユニット置き台
４０ ブッシュ部
４０ａ 係合部
４０ｂ ブッシュ本体
４０ｃ 取付部
４０ｄ ガイド穴
４０ｅ ガイド部
４０ｆ テーパ面
Ｃ 制御装置
Ｌ２，Ｌ４ 基線
Ｗ（Ｗａ，Ｗｂ） ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の関節からなるロボットアームを備え、穴加工を行うロボット加工機であって、
ワークの搬送を行うハンドユニットと、
主軸によって穴加工を行う加工ユニットと、
前記ハンドユニットと前記加工ユニットとを交換していずれか一方のユニットを保持するユニット交換機構と、
前記ユニット交換機構によって前記ハンドユニットから前記加工ユニットに交換し、穴加工を行うように制御する制御装置とを有するロボット加工機。
【請求項２】
請求項１に記載したロボット加工機であって、
加工ユニットは、主軸割り出し位置を記憶する記憶部を有し、
制御装置は、前記記憶部に記憶された主軸割り出し位置に従って穴加工を行うように制御するロボット加工機。
【請求項３】
請求項２に記載したロボット加工機であって、
加工ユニットは、前記記憶部の記憶内容を保持する電源部を有するロボット加工機。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載したロボット加工機と、他の加工機とを備え、双方の加工機を作動させて穴加工を行う加工システムであって、
前記ロボット加工機がハンドユニットによって搬送を終えた後、前記他の加工機が搬送を行っている間に、前記ロボット加工機はユニット交換機構によって前記ハンドユニットから加工ユニットに交換し、
前記他の加工機が搬送を終えた後、前記ロボット加工機は記憶部に記憶された主軸割り出し位置に従ってワークに穴加工を行うように制御する加工システム。
【請求項５】
請求項４に記載した加工システムであって、
他の加工機によって搬送され、ワークの加工位置ごとに対応して設けられるとともに主軸の軸方向に沿って所定長を有するガイド部を備え、前記ワークを一時的に固定する固定ボックスを有し、
ロボット加工機は加工ユニットの主軸を前記ガイド部に位置決めした後、前記ワークに穴加工を行うように制御する加工システム。
【請求項６】
請求項４または５に記載した加工システムであって、
他の加工機によって搬送され、ワークの加工位置ごとに対応して設けられるとともに先端側が径方向に広がるように形成されたテーパー状の係合部を備え、前記ワークを一時的に固定する固定ボックスを有し、
加工ユニットは先端側が狭まるように形成されたテーパー状のクランプ部を有し、
ロボット加工機は、前記係合部と前記クランプ部とを係合保持した後、ワークに穴加工を行うように制御する加工システム。
【請求項１】
複数の関節からなるロボットアームを備え、穴加工を行うロボット加工機であって、
ワークの搬送を行うハンドユニットと、
主軸によって穴加工を行う加工ユニットと、
前記ハンドユニットと前記加工ユニットとを交換していずれか一方のユニットを保持するユニット交換機構と、
前記ユニット交換機構によって前記ハンドユニットから前記加工ユニットに交換し、穴加工を行うように制御する制御装置とを有するロボット加工機。
【請求項２】
請求項１に記載したロボット加工機であって、
加工ユニットは、主軸割り出し位置を記憶する記憶部を有し、
制御装置は、前記記憶部に記憶された主軸割り出し位置に従って穴加工を行うように制御するロボット加工機。
【請求項３】
請求項２に記載したロボット加工機であって、
加工ユニットは、前記記憶部の記憶内容を保持する電源部を有するロボット加工機。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載したロボット加工機と、他の加工機とを備え、双方の加工機を作動させて穴加工を行う加工システムであって、
前記ロボット加工機がハンドユニットによって搬送を終えた後、前記他の加工機が搬送を行っている間に、前記ロボット加工機はユニット交換機構によって前記ハンドユニットから加工ユニットに交換し、
前記他の加工機が搬送を終えた後、前記ロボット加工機は記憶部に記憶された主軸割り出し位置に従ってワークに穴加工を行うように制御する加工システム。
【請求項５】
請求項４に記載した加工システムであって、
他の加工機によって搬送され、ワークの加工位置ごとに対応して設けられるとともに主軸の軸方向に沿って所定長を有するガイド部を備え、前記ワークを一時的に固定する固定ボックスを有し、
ロボット加工機は加工ユニットの主軸を前記ガイド部に位置決めした後、前記ワークに穴加工を行うように制御する加工システム。
【請求項６】
請求項４または５に記載した加工システムであって、
他の加工機によって搬送され、ワークの加工位置ごとに対応して設けられるとともに先端側が径方向に広がるように形成されたテーパー状の係合部を備え、前記ワークを一時的に固定する固定ボックスを有し、
加工ユニットは先端側が狭まるように形成されたテーパー状のクランプ部を有し、
ロボット加工機は、前記係合部と前記クランプ部とを係合保持した後、ワークに穴加工を行うように制御する加工システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−１８４０５５（Ｐ２００９−１８４０５５Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５０５２（Ｐ２００８−２５０５２）
【出願日】平成２０年２月５日（２００８．２．５）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月５日（２００８．２．５）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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